设在物体上作用有平面一般力系F1，F2，…，F′n可合成为一个作用于O点的力R′，并称为原力系的主矢[图4-5]，即图4-5力系的简化求主矢R′的大小和方向，可应用解析法。由于主矢等于原力系各力的矢量和，因此主矢R′的大小和方向与简化中心的位置无关。......
2025-09-29
了解工业机器人及其应用场景
【摘要】：工业机器人是自动执行工作的机器装置，是靠自身动力和控制能力来实现各种功能的一种机器。图7－9水下机器人工业机器人按程序输入方式区分有编程输入型和示教输入型两类。示教输入程序的工业机器人称为示教再现型工业机器人。如果具有识别功能或更进一步增加自适应、自学习功能，即成为智能型工业机器人。
图7－7 汽车装配机器人的工作场景
汽车生产线
如图7－6所示，汽车生产线是一种生产汽车流水作业的生产线，它包括焊接、冲压、涂装、动力总成等。现代的大型汽车制造企业均采用自动生产线，汽车生产的自动化水平大大提高。
在现代化的汽车生产线和工业生产现场，各种机器人是必不可少的，机器人以其工作效率高，时间长，“不知疲倦”，安装精确，不“惧怕”恶劣环境等优点，成为汽车生产及其他工业生产（如搬运机器人、焊接机器人等）的有力工具。
图7－7所示为汽车装配机器人的工作场景。
这些不知疲倦的汽车装配机器人就是工业机器人的一种。那么，什么是工业机器人呢？它是不是符合机电一体化产品的特征呢？
图7－6 汽车生产流水线
图7－7 汽车装配机器人的工作场景
工业机器人资源
什么是机器人
机器人的历史并不算长，2025年美国英格伯格和德沃尔制造出世界上第一台工业机器人，机器人的历史才真正开始。由图7－7可以看出，机器人并不都具有人的外形。国际上对机器人的概念已经逐渐趋近一致：机器人是靠自身动力和控制能力来实现各种功能的一种机器。联合国标准化组织采纳了美国机器人协会给机器人下的定义：“一种可编程和多功能的操作机；或是为了执行不同的任务而具有可用计算机改变和可编程动作的专门系统。”
我国的机器人专家从应用环境出发，将机器人分为两大类，即工业机器人和特种机器人。工业机器人就是面向工业领域的多关节机械手或多自由度机器人，而特种机器人是除工业机器人之外的、用于非制造业并服务于人类的各种先进机器人，包括服务机器人、水下机器人、娱乐机器人、军用机器人、农业机器人、机器人化机器等。图7－8、图7－9所示分别是军用机器人和水下机器人。
（1）什么是工业机器人
工业机器人是面向工业领域的多关节机械手或多自由度的机器人。工业机器人是自动执行工作的机器装置，是靠自身动力和控制能力来实现各种功能的一种机器。它可以接受人类指挥，也可以按照预先编排的程序运行，现代的工业机器人还可以根据人工智能技术制定的原则纲领行动。
工业机器人资源
什么是机器人
机器人的历史并不算长，2025年美国英格伯格和德沃尔制造出世界上第一台工业机器人，机器人的历史才真正开始。由图7－7可以看出，机器人并不都具有人的外形。国际上对机器人的概念已经逐渐趋近一致：机器人是靠自身动力和控制能力来实现各种功能的一种机器。联合国标准化组织采纳了美国机器人协会给机器人下的定义：“一种可编程和多功能的操作机；或是为了执行不同的任务而具有可用计算机改变和可编程动作的专门系统。”
我国的机器人专家从应用环境出发，将机器人分为两大类，即工业机器人和特种机器人。工业机器人就是面向工业领域的多关节机械手或多自由度机器人，而特种机器人是除工业机器人之外的、用于非制造业并服务于人类的各种先进机器人，包括服务机器人、水下机器人、娱乐机器人、军用机器人、农业机器人、机器人化机器等。图7－8、图7－9所示分别是军用机器人和水下机器人。
（1）什么是工业机器人
工业机器人是面向工业领域的多关节机械手或多自由度的机器人。工业机器人是自动执行工作的机器装置，是靠自身动力和控制能力来实现各种功能的一种机器。它可以接受人类指挥，也可以按照预先编排的程序运行，现代的工业机器人还可以根据人工智能技术制定的原则纲领行动。
图7－8 军用机器人
图7－8 军用机器人
图7－9 水下机器人
工业机器人按程序输入方式区分有编程输入型和示教输入型两类。编程输入型是将计算机上已编好的作业程序文件，通过RS－232串口或者以太网等通信方式传送到机器人控制柜。
示教输入型的示教方法有两种：一种是由操作者用手动控制器（示教操纵盒），将指令信号传给驱动系统，使执行机构按要求的动作顺序和运动轨迹操演一遍；另一种是由操作者直接领动执行机构，按要求的动作顺序和运动轨迹操演一遍。在示教过程的同时，工作程序的信息即自动存入程序存储器中，在机器人自动工作时，控制系统从程序存储器中检出相应信息，将指令信号传给驱动机构，使执行机构再现示教的各种动作。示教输入程序的工业机器人称为示教再现型工业机器人。图7－10所示为示教操纵盒和示教软件界面。
图7－9 水下机器人
工业机器人按程序输入方式区分有编程输入型和示教输入型两类。编程输入型是将计算机上已编好的作业程序文件，通过RS－232串口或者以太网等通信方式传送到机器人控制柜。
示教输入型的示教方法有两种：一种是由操作者用手动控制器（示教操纵盒），将指令信号传给驱动系统，使执行机构按要求的动作顺序和运动轨迹操演一遍；另一种是由操作者直接领动执行机构，按要求的动作顺序和运动轨迹操演一遍。在示教过程的同时，工作程序的信息即自动存入程序存储器中，在机器人自动工作时，控制系统从程序存储器中检出相应信息，将指令信号传给驱动机构，使执行机构再现示教的各种动作。示教输入程序的工业机器人称为示教再现型工业机器人。图7－10所示为示教操纵盒和示教软件界面。(https://www.chuimin.cn)
图7－10 示教操纵盒和示教软件界面
（a）示教操纵盒；
1—确认键；2—坐标键；3—手动速度键；4—区域键；5—选择键；6—翻页键；7—状态区；8—菜单区；9—通用显示区；10—指示键；11—锁定开关；12—活动型式键；13—数字键、专用键
（b）示教软件界面
具有触觉、力觉或简单的视觉的工业机器人，能够在更为复杂的环境下工作。如果具有识别功能或更进一步增加自适应、自学习功能，即成为智能型工业机器人。它能按照人给的“宏指令”自选或自编程序去适应环境，并自动完成更为复杂的工作。
（2）工业机器人的构成
工业机器人一般由主体（手臂、手腕等）、驱动系统、控制器及传感器等组成，如图7－11所示。
图7－10 示教操纵盒和示教软件界面
（a）示教操纵盒；
1—确认键；2—坐标键；3—手动速度键；4—区域键；5—选择键；6—翻页键；7—状态区；8—菜单区；9—通用显示区；10—指示键；11—锁定开关；12—活动型式键；13—数字键、专用键
（b）示教软件界面
具有触觉、力觉或简单的视觉的工业机器人，能够在更为复杂的环境下工作。如果具有识别功能或更进一步增加自适应、自学习功能，即成为智能型工业机器人。它能按照人给的“宏指令”自选或自编程序去适应环境，并自动完成更为复杂的工作。
（2）工业机器人的构成
工业机器人一般由主体（手臂、手腕等）、驱动系统、控制器及传感器等组成，如图7－11所示。
图7－11 工业机器人的构成
1—末端；2—腕部；3—肘部；4—肩部；5—腰部；6—基座；7—驱动系统；8—控制系统
机器人手臂一般可以具有3个乃至更多的自由度（运动坐标轴），机器人作业空间由手臂运动范围决定。手腕是机器人工具（如焊枪、喷嘴、机加工刀具、夹爪）与主构架的连接机构，它具有多个自由度。
工业机器人按臂部的运动形式分为4种。直角坐标型的臂部可沿3个直角坐标移动；圆柱坐标型的臂部可做升降、回转和伸缩动作；球坐标型的臂部能回转、俯仰和伸缩；关节型的臂部有多个转动关节。
驱动系统为机器人各运动部件提供力、力矩、速度、加速度，是让机器人实际动作的部分（马达，液压装置，空压装置等）。
控制器用于控制机器人各运动部件的位置、速度和加速度，使机器人手爪或机器人工具的中心点以给定的速度沿着给定轨迹到达目标点。
传感器是机器人和现实世界之间的纽带，用于识别外部环境（视觉传感器、声音传感器、嗅觉传感器、触觉传感器等），并将传感信号输入控制器，作为控制器的控制依据。
从以上对工业机器人的描述，我们可以清晰地看到：工业机器人完全具备机电一体化技术的特征，其组成部分包括机电一体化技术的主要部分，是典型应用了机电一体化技术的工业设备。
图7－11 工业机器人的构成
1—末端；2—腕部；3—肘部；4—肩部；5—腰部；6—基座；7—驱动系统；8—控制系统
机器人手臂一般可以具有3个乃至更多的自由度（运动坐标轴），机器人作业空间由手臂运动范围决定。手腕是机器人工具（如焊枪、喷嘴、机加工刀具、夹爪）与主构架的连接机构，它具有多个自由度。
工业机器人按臂部的运动形式分为4种。直角坐标型的臂部可沿3个直角坐标移动；圆柱坐标型的臂部可做升降、回转和伸缩动作；球坐标型的臂部能回转、俯仰和伸缩；关节型的臂部有多个转动关节。
驱动系统为机器人各运动部件提供力、力矩、速度、加速度，是让机器人实际动作的部分（马达，液压装置，空压装置等）。
控制器用于控制机器人各运动部件的位置、速度和加速度，使机器人手爪或机器人工具的中心点以给定的速度沿着给定轨迹到达目标点。
传感器是机器人和现实世界之间的纽带，用于识别外部环境（视觉传感器、声音传感器、嗅觉传感器、触觉传感器等），并将传感信号输入控制器，作为控制器的控制依据。
从以上对工业机器人的描述，我们可以清晰地看到：工业机器人完全具备机电一体化技术的特征，其组成部分包括机电一体化技术的主要部分，是典型应用了机电一体化技术的工业设备。
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